CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP KIM LOẠI NHÓM VIIB, VIIIB A MỞ ĐẦU Lý chn ti Để phù hợp với phát triển nhu cầu xã hội, ngành giáo dục có thay đổi nội dung chơng trình sách giáo khoa, số kiến thức đợc đa vào chơng trình hoá học phổ thông Phần kim loại chuyển tiếp đợc đa vào nhiều lớp 12 Đây phần khó hoá học phổ thông kim loại chuyển tiếp có nhiều øng dơng cc sèng nhng tÝnh chÊt cđa nã vừa đa dạng, vừa đặc thù Với phong phú hợp chất tính chất riêng nguyên tố làm cho học sinh gặp khó khăn trình tìm hiểu, vận dụng Trong kì thi HSG tỉnh nh kì thi chọn HSG quốc gia, kì thi Olympic hoá học thờng có tập liên quan đến kim loại chuyển tiếp Nhiều học sinh không xác định đợc cách giải cha nắm vững kiến thức nh phơng pháp giải tập phần Đặc biệt bồi dỡng học sinh giỏi, cần có hệ thống tập phù hợp để em tiếp thu phát triển lực sáng tạo Đã có số tác giả quan tâm nghiên cứu sử dụng tập hoá học để bồi dỡng lực häc sinh giái, song hÖ thèng lý thuyÕt, hÖ thèng tập phần kim loại chuyển tiếp lớp 12 dùng cho båi dìng HSG sau thay s¸ch gi¸o khoa cha đợc đề cập mức Nhiều giáo viên trờng THPT lúng túng chọn nội dung, tập phần để bồi dỡng HSG Xuất phát từ thực đó, chọn thực chuyên đề: Hệ thống câu hỏi tập kim loại nhóm VIIB, VIIIB Hy vọng đề tài tài liệu tham khảo có ích cho thân đồng nghiệp việc thực nhiệm vụ bồi dỡng HSG, đợc thuận lợi giúp em HSG đạt đợc ớc mơ Mục đích đề tài: Phát triển, xây dựng, lựa chọn sử dụng dạng tập phần kim loại chuyển tiếp việc bồi dỡng HSG hoá häc THPT B PHẦN NỘI DUNG 2.1 Kh¸i qu¸t chung vỊ kim lo¹i nhãm B Kim lo¹i nhãm B bao gồm nguyên tố khối d khối f Trớc hết ta xem xét nguyên tố khối d 2.1.1 Cấu hình electron nguyên tố khối d Khối d gồm nguyên tố nằm bảng tuần hoàn có cấu hình eletron lớp sát từ (n-1)d đến (n-1)d10 Cấu hình eletron chung là: (n-1) dxn sy ®ã x = → 10, y = 1,2 Có ba dãy nguyên tố chuyển tiếp (NTCT) dãy 3d, 4d, 5d dãy có 10 nguyên tố, dãy 3d quan trọng mặt ứng dụng thực tiễn Bảng sau trình bày cấu hình electron nguyên tử ion thờng gặp nguyên tố dãy 3d (từ Sc Zn) Nguyê Cấu hình Z eletron Sc Ti V Cr Mn Fe 21 22 23 24 25 26 nguyªn tư [Ar] 3d14s2 [Ar]3d24s2 [Ar]3d34s2 [Ar]3d54s1 [Ar]3d54s2 [Ar]3d64s2 Co Ni Cu 27 28 29 [Ar]3d74s2 [Ar]3d84s2 [Ar]3d104s1 Zn 30 [Ar]3d104s2 n tè Ion thêng gỈp 3+ Sc Ti4+ V3+ Cr3+ Mn2+ Fe2+ Fe3+ Co2+ Ni2+ Cu+ Cu2+ Zn2+ CÊu h×nh electron cña ion [Ar] [Ar] [Ar] 3d2 [Ar] 3d3 [Ar] 3d5 [Ar] 3d6 [Ar] 3d5 [Ar] 3d7 [Ar] 3d8 [Ar] 3d10 [Ar] 3d9 [Ar] 3d10 Qua bảng ta thấy cấu h×nh cđa Cr, Cu cã sù “bÊt thêng” së dÜ nh cấu hình [Ar]3d54s1 có phân lớp 3d, 4s nửa bão hoà bền có mức lợng thấp cấu hình [Ar]3d44s2 Còn cấu hình [Ar]3d104s1 có phân lớp 3d bão hoà, phân lớp 4s nửa bão hoà nên bền cấu hình [Ar]3d 94s2 Theo thứ tự xếp mức lợng phân lớp electron nguyên tử phân lớp 3d cao phân lớp 4s nên electron đợc điền vào phân lớp 4s đến phân lớp 3d Tuy nhiên electron chiếm phân lớp 3d chúng đẩy electron 4s lên mức lợng cao phân mức 3d Vì NTCT tạo thành ion electron 4s bị tách trớc electron 3d Các nguyên tố chuyển tiếp có tính chất giống chủ yếu tác động electron 4s lớp 2.1.2 Sự biến đổi chu kì Tính chất giống theo hàng ngang nguyên tố chuyển tiếp khác xa với biến đổi tính chất nguyên tố khối p Đối với dãy nguyên tố chuyển tiếp, chẳng hạn từ Sc Zn điện tích hạt nhân tăng, electron lần lợt đợc điền vào phân lớp (n -1)d bên Do điện tích hạt nhân tăng, electron d lại có hiệu ứng chắn nên bán kính nguyên tử giảm chậm Cũng tơng tự nh vậy, độ âm điện lợng ion hoá tăng dần nhng chậm nhiều so với nguyên tè thc chu k× Nãi chung, tÝnh chÊt cđa kim loại nhóm B biến đổi không đặn nh tính chất kim loại nhóm A Ví dụ, biến đổi bán kính nguyên tử: Hình 2.1: Sự biến đổi bán kính nguyên tử kim loại chuyển tiếp 2.1.3 Những tính chất chung nguyên tố nhóm B Hầu hết nguyên tố chuyển tiếp có cấu trúc tinh thể đặc khít với số phối trí 12 Hơn NTCT có bán kính nguyên tử tơng đối nhỏ electron cuối đợc điền vào phân lớp (n - 1)d bên gần hạt nhân electron ns Do hiệu ứng kép (cấu trúc đặc khít bán kính nhỏ) mà liên kết nguyên tử tinh thể liên kết mạnh Vì vậy: Các NTCT có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, nhiệt hoá hơi, khối lợng riêng cao hầu hết kim loại khác Liên kết kim loại mạnh nguyên tử thể chỗ NTCT có tính học tốt Các NTCT có tính dơng điện kim loại khối s Tuy nhiên điện cực chúng cho thấy hầu hết NTCT (trừ Au, Ag, Cu, Hg) phản ứng với dung dịch loãng axit mạnh Trên thực tế, đa số NTCT phản ứng chậm với axit loãng Đó kim loại đợc bảo vệ lớp oxit mỏng, không thấm không hoạt động Nh crom điện cực rÊt ©m Eo Cr2+/Cr = - 0,91 V nhng nã đợc dùng làm chất bảo vệ chống ăn mòn cã mét líp oxit Cr2O3 bỊn Ion NTCT có kích thớc nhỏ ion kim loại khối s chu kì Do có bán kính nhỏ nhiều ion lại có điện tích lớn nên tỉ số điện tích/ bán kính (Z/r) NTCT lớn so với kim loại khối s Các cation có điện tích lớn bán kính nhỏ gây nên tác dụng phân cực hoá mạnh anion Điều đợc thể số tính chất hợp chất sau: - Oxit hidroxit NTCT trạng thái oxi hoá +2 +3 có tính bazơ yếu tan hợp chất nguyên tố khối s - Muối NTCT ion bền nhiệt - Các ion chúng dễ bị khử Có thay đổi tơng đối chậm bán kính ion từ Sc Cu nên hợp chất ion +2 +3 hyđrat ho¸ cã cÊu tróc tinh thĨ rÊt gièng nhau, sù hyđrat hoá độ tan gần Nh tất ion M3+ tạo phèn kiểu K2SO4 M2(SO4)3 24.H2O, tất ion M2+ tạo thành muối sunphat kép đồng hình có công thức (NH4)2SO4 MSO4.6H2O Sự biến đổi bán kính nguyên tử chu kì nhóm diễn không đặn nh nguyên tố khối s khối p 2.1.4 Những tính chất đặc trng nguyên tố chuyển tiếp hợp chất chúng Có tính chất đặc trng: Thể nhiều trạng thái oxi hoá Các nguyên tố chuyển tiếp thể nhiều trạng thái oxi hoá Từ Ti đến Cu nguyên tố có hai trạng thái oxi hoá hợp chất Đó phân mức lợng (n-1)d ns gần nên electron d s dễ tham gia vào việc tạo thành liên kết phản ứng hoá học Riêng Sc, Zn chØ cã mét oxit, mét muèi clorua vµ mét trạng thái oxi hoá hợp chất Nguyê S n tè c Sè oxi ho¸ Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu 1, 1, 2, 1, 2, 1, 2, 1, 2, 1, 2, 1, 1, 3 4, 5, 3, 4, 23 3, 4, 4, 5, 6, 4, 5, 3, CÇn lu ý: 6 Z n -Trạng thái số oxi hoá +3 quan trọng nguyên tố đầu dãy trạng thái số oxi hoá +2 quan trọng với nguyên tố cuối dãy -Trạng thái oxi hoá cao thể nguyên tố từ đầu dãy tới Mn tơng ứng với việc sử dụng tất electron lớp vỏ [Ar] Sau electron d liên kết với hạt nhân chặt chẽ nên trạng thái oxi hoá quan trọng nguyên tố cuối dãy sử dụng electron 4s liên kết yếu với hạt nhân Các NTCT thờng thể số oxi hoá cao hợp chất với oxi flo - Ti, V, Cr Mn không tạo thành ion đơn trạng thái số oxi hoá cao phân cực hoá ion Vì hợp chất nguyên tố trạng thái oxi hoá cao hợp chất cộng hoá trị chứa ion phức Khả tạo phức chất - Phức chất chất nguyên tử hay ion kim loại liên kết với nhóm phân tư hay ion Phøc chÊt cã thĨ lµ mét mi đợc tạo nên ion phức ion thờng mạng tinh thể phân tử trung hoà tổng điện tích tất thành phần tham gia vào liên kết phối trí không - Quy tắc gọi tên phức chất nh sau: Gọi tên phức chất theo trật tự: * Trong hợp chất ion, cation đợc gọi tên trớc anion * Gọi tªn ion phøc: - Cation phøc: Ion + sè phèi tư anion + tªn phèi tư anion + sè phèi tử trung hoà + tên phối tử trung hoà + tên ion trung tâm + (số oxi hoá) (*) - Anion phøc: gäi tªn nh (*), sau tªn cđa ion trung tâm + at - Để số lợng phối tử phải dùng tiếp đầu ngữ: (2), tri (3), tetra (4), penta (5),đối với phối tử bis (2), tris (3), tetrakis (4), pentakis (5)đối với phối tử nhiều - Tên phối tử + Nếu phối tử L anion: tên phối tử tên cña L + “o”: Cl (cloro), CO 32− : (cacbonato),… + Nếu phối tử L phân tử trung hoà: tên phối tử trùng với tên phân tử ®ã VÝ dơ, CH3NH2: metylamin, H2NCH2CH2NH2: etylen®iamin (kÝ hiƯu: en)… Ngo¹i lƯ: H2O: aqua, NH3: amin, CO: cacbonyl, NO: nitrozyl - Trạng thái số oxi hoá ion trung tâm đợc ghi chữ số la mã Ví dụ: [Co(H2O)5Cl]Cl2: cloropentaaquacoban(III)clorua K2[Zn(OH)4]: Kali tetrahiđroxozincat Các NTCT có phân lớp d cha đầy đủ, dễ nhận cặp electron không liên kết phối tử để tạo thành liên kết phèi trÝ c¸c phøc chÊt C¸c NTCT d·y 3d tạo thành nhiều phức chất bền phổ biến phức aquơ phức amin - Một số phức chất thờng gặp NTCT thông dụng: [Ag(NH3)2]+ Ion diaminbạc I, [Ag(CN)2][Ag( S2O3)2]- Ion dixianoagentat I Ion dithiosunfatoagentat I, [Cu(H2O)6]2+ Ion hexaaquơ đồng II [Cu(NH3)4 ]2+ tetraclorocuprat II Ion tetraamin ®ång II, [Cu(Cl)4 ]2- Ion [Co(H2O)6 ]2+ Ion hexaaqu¬ coban II, [Co(NH3)6 ]3+ Ion hexaamin coban III [Co(F)6 ]3- Ion hexafloro cobantat III [CoCl2(NH3)4]+ Ion diclorotetraaminCoban III [Cr(H2O)6 ]3+ Ion hexaaqu¬ crom III, [Cr(NH 3)6 ]3+ Ion hexaamin crom III [Cr(F)6 ]3- Ion hexafloro cromat III [Cr(H2O)4 Cl ]+ Ion diclorotetraaquơ crom III [Fe(SCN)]2+ Ion thioxianato sắt III, [Fe(F)6 ]3- Ion hexafloroferat III [Fe(CN)6 ]3- Ion hexaxianoferat III, [Fe(CN)6 ]4- Ion hexaxianoferat II Ni(CO)4 Tetracacbonyl niken, [Pt(NH 3)2]Cl2 ®icloro®iamin platin II [Co(NH3)3 ]Cl3 [Co(NH3)3](NO2)3 Triclorotriamin coban III Tri nitrotriamin coban III Mầu hợp chất NTCT Hầu hết hợp chất NTCT có màu Mầu hợp chất thờng liên quan tới phân mức d cha đầy đủ ion NTCT Ví dụ: Tại phức Ti(H2O)63+ có mầu tím ? Theo thuyÕt trêng tinh thÓ: trêng tinh thÓ tám mặt, năm obitan 3d bị tách thành hai phân mức lợng: ba obitan dxy, dxz, dyz phân møc thÊp kÝ hiƯu t2g vµ hai obitan dz2, dx2-y2 phân mức cao kí hiệu eg trạng thái bản, electron d1 chiếm obitan t2g Vì chênh lệch mức lợng obitan t2gvà eg không lớn nên hấp thụ photon vùng ánh sáng nhìn thấy electron nhảy từ obitan t2g lên obitan eg Các photon bị hấp thụ ứng với bớc sóng ánh sáng màu lục Vì để dung dịch TiCl3(aq) ánh sáng mặt trời hấp thụ photon ánh sáng mầu lục photon ánh sáng đỏ xanh qua Mầu đỏ trộn với mầu xanh tạo mầu tím Do dung dịch TiCl3(aq) có màu tím Hoạt tính xúc tác Hoạt tính xúc tác NTCT phụ thuộc chủ yếu vào khả tồn nhiều trạng thái oxi hoá khả tạo phức chất Các NTCT hợp chất chúng xúc tác phản ứng chúng có khả tạo chế Cơ chế phản ứng làm cho lợng hoạt hoá thấp phản ứng xúc tác Vì lợng hoạt hoá phản ứng đợc xúc tác thấp mà tốc độ phản ứng lớn Từ tính NTCT Các chất chứa electron không ghép đôi bị từ trờng hút đợc gọi chất thuận từ Ngợc lại chất chứa tất electron ghép đôi bị từ trờng đẩy đợc gọi chất nghịch từ Chỉ có kim loại sắt, coban, niken có tính sắt từ dạng đơn chất Các chất sắt từ có tính thuận từ mạnh gấp hàng nghìn lần so với chất thuận từ khác Khác với tính thuận từ nghịch từ, tính sắt từ tính chất mạng lói tinh thể tính chất nguyên tử hay phân tử có chất rắn có tính sắt từ 2.1.5 Tính chất axit - bazơ hợp chất nguyên tố chuyển tiếp Dung dịch hợp chất NTCT thờng có tính axit Trong dung dịch nớc, ion NTCT thờng tồn dới dạng phức hiđrat Do ion trung tâm thờng có mật độ điện tích lớn nên phức hiđrat bị phân li theo sơ đồ sau: Ví dụ: [Fe(H2O)6 ]3+(aq) [Fe(H2O)5OH]2+ + H+(aq) Vì dung dịch nớc hầu hết hợp chất NTCT có tính axit Sự biến đổi tính chất axit- bazơ oxit hidroxit Vì có nhiều trạng thái oxi hoá nên tính chất axit - bazơ oxit hiđroxit NTCT thay đổi theo khoảng rộng - trạng thái oxi hoá thấp chúng thờng thể tính bazơ - trạng thái oxi hoá trung gian chóng thêng thĨ hiƯn tÝnh lìng tÝnh - trạng thái oxi hoá cao chúng thờng thể tÝnh axit Së dÜ nh vËy chđ u t¸c dụng phân cực hoá ion Khi số oxi hoá NTCT oxit hiđroxit tăng, phân cực hoá cation có điện tích lớn, bán kính nhỏ mạnh, làm giảm tính chất ion liên kết M-O (M kim loại) làm tăng tính chất cộng hóa trị liên kết Vì phân li theo kiểu bazơ ngày khó khăn phân li theo kiểu axit ngày thuận lợi 2.1.6 Tính chất oxi hoá - khử - Khả oxi hoá hay khử NTCT tuỳ thuộc vào độ bền tơng đối trạng thái oxi hoá tơng ứng - Khả oxi hóa- khử chúng phụ thuộc dạng tồn - Khả oxi hoá hay khử NTCT hợp chất phụ thuộc môi trờng phản ứng 2.1.7 Sơ lợc nguyên tố khối f Các nguyên tố khối f bao gồm hai dãy, dãy 14 nguyªn tè D·y thø nhÊt cã sè hiƯu nguyªn tử từ 58 71 Vì 14 nguyên tố đứng sau Lantan có Z = 57 nên đợc gọi lantanit Dãy thứ hai có số hiệu nguyên tử từ 90 -103 Vì 14 nguyên tố đứng sau Actini Z = 89 có tính chất gần giống actini nên gọi actini Tất nguyên tố khối f kim loại electron cuối chiếm phân mức (n-2)f Vì tính chất nguyên tố chủ yếu phụ thuộc vào electron lớp nên Fe3+ * Cho thể tích dung dịch CuSO4 lớn, xác định tỷ số pin  Fe 2+  ngừng hoạt động Cho : E0(Cu2+/Cu) = 0,34 V ; E0(Fe3+/Fe2+) = 0,77 V Lời giải: 0,059 lg [Cu2+] = 0,331 V Theo phương trình Nernst: E(Cu2+/Cu) = 0,34 + 0,059 E(Fe /Fe ) = 0,77 + lg 3+ 2+  Fe3+  = 0,788 V So  Fe 2+  sánh thấy E(Fe3+/Fe2+) > E(Cu2+/Cu) → Cực Pt cực dương, cực Cu cực âm Sơ đồ pin : (−) Cu  Cu2+ (0,5 M)  Fe2+ ; Fe3+  Pt (+) Phản ứng điện cực : - cực Cu xảy oxihóa : Cu – 2e → Cu2+ - cực Pt xảy khử : Fe3+ + e → Fe2+ Phản ứng chung : Cu + 2Fe3+ → Cu2+ + 2Fe2+ Sức điện động pin = 0,788 – 0,331 = 0,457 V Khi pin ngừng hoạt động sức điện động E = E(Fe3+/Fe2+) − E(Cu2+/Cu) = Do thể tích dung dịch CuSO4 lớn nên coi nồng độ Cu2+ không đổi = 0,5  Fe3+   Fe3+  − 2+ Khi 0,77 + 0,059lg = E(Cu /Cu) = 0,331 V → = 4,8 10 2+ 2+  Fe   Fe  Lưu ý : Cũng yêu cầu xác định tỷ số Fe3+/Fe2+ áp dụng cho mục đích khác: tính giá trị tỷ số cho phản ứng đổi chiều, ví dụ sau đây:“ Trộn ba dung dịch : 25 ml Fe(NO3)2 0,1 M ; 25 ml Fe(NO3)3 1,0 M ; 50 ml AgNO3 0,6 M thêm số mảnh Ag vụn Xác định chiều phản ứng tính giá trị tối thiểu  Fe3+  tỷ số để phản ứng đổi chiều?  Fe 2+  Cho E0(Ag+/Ag) = 0,8 V ; E0(Fe3+/Fe2+) = 0,77 V ♣ Tổng thể tích = 100 mL → [Fe2+] = 0,025 M ; [Fe3+] = 0,25M; [Ag+] = 0,3 M E(Fe3+/Fe2+) = 0,77 + 0,059 lg 0,25 = 0,829 V 0,025 E(Ag+/Ag) = 0,8 + 0,059 lg 0,3 = 0,769 V So sánh thấy E(Fe3+/Fe2+) > E(Ag+/Ag) nên phản ứng xảy theo chiều Fe3+ + Ag → Fe2+ + Ag+ Để đổi chiều phản ứng phải có E(Fe3+/Fe2+) < E(Ag+/Ag)  Fe3+   Fe3+  → 0,77 + 0,059 lg < 0,769 → > 0,9617  Fe 2+   Fe 2+  Bài 9: Khả khử Fe2+ H2O hay dung dịch kiềm mạnh hơn? Vì sao? Cho: Thế điện cực tiêu chuẩn E0Fe2+/Fe = −0,44 V ; E0Fe3+/Fe = − 0,04 V Tích số tan (Tt) Fe(OH)2 =1,65.10-15 Fe(OH)3 = 3,8.10-38 Lời giải: • cách thứ * Trong H2O: Theo sơ đồ: Fe3+ E1 1e Fe2+ E2 2e Fe E3 (3e) → E3 = E1 + E2 → E1 = 0,76 V 1+ − 0,76 nE lgK = = 0,059 = − 12,88 0,059 ⇒ KFe2+(H2O) = 10-12,88 = K’ * Trong OH− : Fe(OH)2 ⇌ Fe2+ + 2OH− Fe2+ − e ⇌ Fe3+ Fe3+ + 3OH− ⇌ Fe(OH)3 Tt1 K’ (Tt2)-1 Tổ hợp cân ta được: Fe(OH)2 + OH− −e Fe(OH)3 có Kx = Tt1 K’ (Tt2)-1 Kx = 1,65 10-15 10-12,88 (3,8 10-38)-1 = 5,73 109 Rõ ràng Kx >> K’ nên Fe2+(trong OH−) khử mạnh Fe2+ (trong H2O) • cách thứ hai Tương tự tính E(Fe3+/Fe2+) = 0,76 V (trong nước) − − Fe(OH)3 + e ⇌ Fe(OH)2 + OH với giả thiết môi trường kiềm [OH ]= 1M E Fe ( OH )3 3+ 0,059  Fe  lg = E(Fe /Fe ) +  Fe 2+  3+ Fe ( OH ) 2+ 0,059 3,8.10−38 lg = E(Fe /Fe ) + 1,65.10−15 3+ 2+ − = 0,76 + 0,059 lg 2,3 10 23 = −0,57 V E Fe ( OH )3 Fe ( OH )2 âm E(Fe3+/Fe2+) → Fe(OH)3 khử mạnh Fe3+ Bài 10 Giải thích: a, Có phản ứng xảy không cho dung dịch FeCl3 tác dụng với dung dịch KBr, KI Giải thích viết phương trình phản ứng b, Một dung dịch A chứa chất tan ZnCl FeCl2 cho tác dụng với dung dịch sút dư, phản ứng tạo kết tủa trắng, để ngồi khơng khí kết tủa dần chuyển sang màu nâu đỏ, lọc kết tủa rửa sạch, sấy khô nung nhiệt độ cao ta chất rắn màu nâu đỏ, tan axit clohydric cho dung dịch suốt Hãy giải thích viết phương trình phản ứng c, Phân biệt gang thép? Gang xám gang trắng? Thép thường thép đặc biệt? Tại đồ dùng gang thép gỉ nhanh khơng khí ẩm? Viết phương trình tổng qt giải thích? Đề nghị biện pháp chống gỉ cho đồ dùng d, Hãy cho biết tượng xảy ra, giải thích, viết phương trình phản ứng hóa học xác định chất oxi hóa, chất khử nhỏ dung dịch thuốc tím đến dư vào cốc đựng dung dịch hỗn hợp sắt sunfat axit sunfuric Bài giải: a, KI có tính khử khử Fe3+ thành Fe2+ I2 b, Kết tủa trắng Fe(OH)2, hóa nâu đỏ Fe(OH) 3, chất rắn nâu đỏ Fe 2O3 dung dịch suốt FeCl3 Fe2+ + 2OH- →Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O→ 4Fe(OH)3 t 2Fe(OH)3  → Fe2O3 + 3H2O Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O c, Gang: hợp kim sắt chứa từ 1,7% - 5% Cacbon Gang cứng giòn nên khơng rèn, cán kéo Thép: hợp kim sắt chứa từ 0,2 – 1,7% Cacbon , 0,8% S, P Mn, 0,5% Si Thép cứng dẻo gang, dễ rèn dễ cán kéo Gang xám: loại gang chứa Cacbon dạng than chì, chỗ gãy gang xám có màu xám Gang trắng: chứa Cacbon chủ yếu dạng Fe 3C Gang trắng có màu sáng, cứng giòn gang xám, dùng để luyện thép Thép thường: thép chứa Cacbon gồm thép mềm chứa 0,2% Cacbon dùng làm vỏ ôt sợi ống đinh bu loong, thép trung chứa 0,3 – 0,6% dùng làm dầm nhà, xà nhà, lò xo Thép cacbon chứa 0,6 – 1,7% dùng làm dao kéo đục khoan Thep đặc biệt thép hợp ki, Ngoài tạp chất có sẵn thép cacbon chứa lượng lớn kim loại khác nhưu Al, Cr, Co Mo, Ni, Mn, ti, W, V, Các đồ dùng gang thép gỉ khơng khí ẩm xảy q trình ăn mòn điện hóa Nếu đồ vật làm sắt tinh khiết trình xảy chậm gang thép có chứa Cacbon cấc tạp chất nên dễ bị ăn mòn, đồng thời tác động khơng khí có CO O2, ẩm tạo gỉ sắt 4Fe + 3O2 + 2nH2O → 2Fe2O3.nH2O Gỉ sắt tạo bề mặt lớp xốp, giòn khơng bảo vệ sắt khỏi mơi trường, tiếp tục tác dụng q trình ăn mòn điện hóa tiếp tục diễn Các biện pháp phòng chống gỉ: sơn, mạ, bơi dầu mỡ, dùng phương pháp điện hóa ( kim loại mạnh Fe) hay chế tạo đồ dùng hợp kim chống gỉ d, Hiện tượng màu tím dung dịch đi, FeSO4 bị oxi hóa thành Fe2(SO4)3 Chất oxi hóa KMnO4, chất khử FeSO4 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O Bài 11: Hòa tan hồn tồn 0,812 gam mẫu quặng sắt gồm FeO, Fe2O3 35% tạp chất trơ dung dịch HCl dư, thu dung dịch X Sục khí SO2 vào dung dịch X, thu dung dịch Y Dung dịch Y phản ứng vừa đủ với 22,21 ml dung dịch KMnO 0,10M Mặt khác hòa tan hết 1,218 gam mẫu quặng dung dịch HCl dư thêm dung dịch KMnO 0,10M vào dung dịch thu phản ứng xảy hồn tồn, hết 15,26 ml dung dịch KMnO4 0,10M a Viết phương trình hóa học phản ứng xảy b Tính thể tích khí SO2 (đktc) dùng thành phần phần trăm theo khối lượng FeO Fe 2O3 có mẫu quặng Bài giải a Các PTHH: FeO + HCl → FeCl2 + H2O (1) Fe2O3 + HCl → 2FeCl3 + H2O (2) 2FeCl3 + H2O + SO2 → FeCl2 + H2SO4 + 2HCl (3) FeCl2 + KMnO4 + 8HCl → 5FeCl3 + MnCl2 + KCl + H2O (4) 5SO2 + 2KMnO4 + H2O → H2SO4 + MnSO4 + K2SO4 (5) b Từ (1) (4) ta có: 5FeCl2 + KMnO4 + 8HCl → 5FeCl3 +MnCl2 + KCl +4 H2O (4) Mol 0,1.0,01526 Số mol FeCl2 = số mol FeO 1,218 gam mẫu = 0,001526.5= 7,63.10-3 mol số mol FeO 0,812 g mẫu = 7,63.10-3 0,812/1,218 = 5,087 10-3 Khối lượng FeO 0,812 g mẫu= 5,087 10-3.72 = 0,3663gam Khối lượng Fe2O3 0,812 g mẫu = 0,812 - 0,3663 - 0,812.0,35= 0,1615gam Tương tự ta có tổng số mol SO2 dùng = n SO2 (3) + n SO2 (5) n SO2 (3) = n FeCl3(trong 0,812g mẫu) /2 = n Fe2O3 0,812 g mẫu = 0,1615/160=1,01.10-3 mol n SO2 (5) = 2,5 n KMnO4 (trong 5) = n KMnO4 (trong 5) = 0,02221.0,1 – 1/5.nFe2+ = 0,002221- 0,2.(5,087 10-3 + 2.1,01.10-3) = 0,7996.10-3 nSO2(5) = 2,5.0,7996.10-3= 2.10-3 Vậy tổng số mol SO2 dùng = nSO2(3) + nSO2(5)= 1,01.10-3+ 2.10-3= 3,01.10-3 VSO2= 0,0674( lit) % mFeO= 45,11% %mFe2O3= 19,89% Bài 12: Một hỗn hợp rắn A gồm kim loại M oxit kim loại Người ta lấy phần, phần có 59,08 gam A Phần thứ hồ tan vào dung dịch HCl thu 4,48 lít khí hiđro Phần thứ hai hồ tan vào dung dịch hỗn hợp gồm NaNO3 H2SO4 thu 4,48 lít khí NO Phần thứ ba đem nung nóng cho tác dụng với khí hiđro dư chất rắn nhất, hoà tan hết chất rắn nước cường toan có 17,92 lít khí NO Các thể tích khí đo điều kiện tiêu chuẩn Tính nguyên tử khối, cho biết tên kim loại M công thức oxit hỗn hợp A Bài giải: Ký hiệu số mol kim loại M có 59,08 gam hỗn hợp a, số mol oxit kim loại M b TH1: M có mức hóa trị ( mức oxi hóa) n+ Khi hòa tan hỗn hợp A vào dung dịch HCl thu khí Hidro, có phương trình: M + nHCl → MCln + n/2 H2 (1) nH2 = ½ nM = 0,5na ( mol) Khi hòa tan hỗn hợp A vào dung dịch chứa NaNO H2SO4 ( dung dịch HNO3) ta thu khí NO 3M + nNO3- + 4nH+ → 3Mn+ + n NO + 2nH2O ( 2) nNO = n/3 nM = na/3 ( mol) Theo đề có nNO = nH2 = 0,2 mol ===> Giả thiết khơng phù hợp TH2: M có hai mức oxi hóa khác Trong phản ứng đầu, M thể mức oxi hóa n+ từ (1) có nH2= 0,5na = 0,2 ( mol) (I) Trong phản ứng thứ hai, M thể mức oxi hóa m+ 3M + mNO3- + 4mH+→ 3Mm+ + mNO + 2mH2O 3MxOy +(mx-2y)NO3- + (4mx+2y) H+ → 3xMm+ + (mx – 2y) NO + (2mx + y)H2O nNO = m/3.nM + (mx-2y)/3 nMxOy = [am + b(mx-2y)]/3 = 0,2 ( mol) (II) Mặt khác, đem nung nóng hỗn hợp cho tác dụng với khí hiđro dư chất rắn nhất, hồ tan hết chất rắn nước cường toan có 17,92 lít khí NO ==> nNO = 0,8 ( mol) M → Mm+ + me N+5 + 3e → N+2 Ta có : m(a+bx) =3.0,8 = 2,4 (III) Lại có: Ma + Mxb + 16yb = 59,08 (IV) Giải hệ ( I, II, III, IV) có M = 18,61 m Vì m số hóa trị kim loại ===> M = 55,83; m = 3; n = Kim loại M Fe => a = 0,2 mol; b = 0,3 mol; Oxit Fe2O3 2.2.7 Một số tập đề nghị Bài Cho dung dịch KCN d vào dung dịch chứa Co2+, Cd2+ dung dịch NH3d Thêm vài giọt Na2S Viết phơng trình hoá học phản ứng xảy Bài Hãy nhận biết ion kim loại sau dung dịch: Hg2+, Cd2+, Co2+, Al3+, Zn2+ Bài BiÕt r»ng ph¸t hiƯn ion Fe 3+ b»ng SCN-, màu đỏ phức FeSCN2+ xuất đủ râ CFeSCN ≈ 7.10 ion / l H·y cho 2+ biết phát đợc Fe3+ hay không thêm 1ml SCN- 102 M vào 1ml dung dÞch Fe3+0,01M cã chøa NaF 1M Cho KbỊn (FeF3) = 10-12,06, K (FeSCN2+) = 10-3,03 Bài Tại dùng hỗn hợp PbO + HNO3để oxi hoá Mn2+ thành MnO-4 lại phải tránh dùng d Mn2+ Có thể thay HNO3 HCl đợc không? Bài Z chất rắn màu trắng, tan nớc Dung dịch nớc Z phản ứng đợc với HCl cho kết tủa trắng, tan NH axit hoá dung dịch tạo thành HNO lại có kết tủa trắng xuất Dung dịch Z axit hoá H 2SO4 tác dụng đợc với Cu cho khí màu nâu bay có kết tủa đen tách Cho biết Z chất gì? Bài Trình bày phơng pháp nhận biết kim loại từ hợp kim a) Fe, Mn,Cr b) Cu, Zn, Mn Bài Thêm ml dung dịch bão hoà H 2S 0,1M vào 1ml dung dÞch cã Mn2+ 0,01M; H+ 0,01M Cã kÕt tđa MnS xuất không? Có thể dùng thuốc thử ®Ĩ thư tÝnh tan cđa MnS Cho Ts MnS = 10-9,6; pK1H2S = 7,02; pKa2(H2S) = 12,9 Bài Đốt cháy lợng d oxi 1,76 g sunfua kim loại MS (kim loại có số oxi hoá +2, +3 hợp chất) Hoà tan chất rắn vào dung dịch H2SO4 29,4% vừa đủ thu đợc dung dịch muối 34,5% Để nguội dung dịch tách 2,9 g tinh thể hidrat % khối lợng muối dung dịch 23% Xác định công thức tinh thể hiđrat Bài Viết phơng trình hoá học phản ứng theo sơ đồ sau, tìm chất cha biÕt NH dd Cu a) CuCl2  → X1  → K S X2   → HNO X3  → X4 b) KMnO4 → X1 → MnCl2 → X2 → MnO2 Bµi 10 Hoµ tan 13 g kim loại M dung dịch HNO loãng, không thấy khí thoát sau phản ứng đợc dung dịch X Cho lợng kiềm d vào vào dung dịch X đun nhẹ thoát 1,12 lít khí đktc Tìm kim loại tính khối lợng muối dung dịch X Bài 11 Chỉ dùng hoá chất phân biệt dung dịch riêng biệt sau đây: a) CuSO4, Cr2(SO4)3, FeSO4 b) CuSO4, Cr2(SO4)3, FeSO4, Fe2(SO4)3 Bài 12 Cho 21,52 g hỗn hợp A gồm kim loaị hoá trị II muối nitrat kim loại vào bình kín, nung bình cho phản ứng xảy hoàn toàn, sản phẩm nhiệt phân muối nitrat oxit kim loại hoá trị II Sau phản ứng lấy chất rắn B thu đợc chia thành hai phần nhau: Phần I: phản ứng vừa hết 2/3 lít dung dịch HNO 0,38M thoát khí NO Phần II: phản ứng vừa hết 0,3 lít dung dịch H 2SO4 0,2M Tìm kim loại M % khối lợng chất hỗn hợp B Bài 13 Cho khÝ CO ®i qua èng sø ®ùng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO Fe2O3 đốt nóng Sau kết thúc thí nghiệm ta thu đợc chất rắn B gồm chất nặng 4,784g Khí khỏi ống sứ cho hấp thụ vào dung dịch Ba(OH) d, thu đợc 9,062 g kết tủa Hoà tan B dung dịch HCl d thoát 0,672 lít hiđro (đktc) a) Tính % khối lợng chất A b) Tính số mol chất B Bµi 14 Cho g mÉu chÊt gåm Fe 3O4, Fe2O3, tạp chất trơ Hoà tan mẫu dung dịch KI môi trờng axit (chỉ khử tất Fe2+) tạo dung dịch A Pha loãng dung dịch A đến thể tích 50 ml Lợng Iốt có 10 ml d d A phản ứng vừa đủ 5,5 ml dung dÞch Na2S2O3 1M sinh S4O62- LÊy 25 ml mÉu A chiÕt ièt, lỵng Fe2+ dung dịch phản ứng vừa đủ 3,2 ml dung dịch MnO42- 1M H2SO4 a) Viết phơng trình hoá học phản ứng dạng ion b) Tính % khối lợng tạp chất mẫu Bài 15 Độ tan AgCl nớc cất nhiệt độ định 1,81 mg/lít Sau thêm HCl để chuyển pH 2,35 giả sử thể tích dung dịch không đổi a) Tính [Cl-] dung dịch trớc sau thêm HCl b) TÝnh TAgCl níc c) §é tan cđa AgCl giảm lần sau axit hoá dung dịch đến pH = 2,35 Bài 16 Cho 18,6 g hỗn hợp X gồm Fe, Zn vào 500ml dung dịch HCl xM, phản ứng hoàn toàn cô cạn dung dịch sau phản ứng đợc 34,575 g chất rắn Nếu cho 18,6 g hỗn hợp X vào 800 ml dung dịch HCl sau phản ứng kết thúc cô cạn dung dịch thu đợc 39,9 g chất rắn Tính khối lợng kim loại giá trị x Bài 17 Cho 48 g Fe2O3 vào m g dung dịch H2SO4 9,8% (loãng), sau phản ứng phần dung dịch thu ®ỵc cã khèi lỵng 474 g (d d A) a) Tính C% chất dung dịch A, tính m b) NÕu cho 48 g Fe2O3 vµo m g dung dich H2SO4 9,8% (loãng) sau sục SO2 vào đến d Tính C% chất dung dịch thu đợc sau phản ứng, biết phản ứng hoàn toàn Bài 18 Một oxit kim loại có công thức M xOy chứa 27,59% khối lợng oxi Khử oxit kim loại CO thu đợc 1,68 g M (phản ứng hoàn toàn) Hoà tan hết M dung dịch HNO đậm đặc, nóng thu đợc 1,6128 lít hỗn hợp G gåm NO vµ N2O4 ë 1atm; 54,60C cã tØ khối hiđro 34,5 dung dịch A chứa M(NO3)3 a) Tìm công thức oxit b) Hoà tan hỗn hợp G vào dung dịch KOH d điều kiện không khí thu đợc dung dịch B, cho Zn vào dung dịch B thu đợc hỗn hợp khí gồm H2, NH3 Viết phơng trình hoá học phản ứng xảy dạng ion Bài 19 Thực tế khoáng pirit coi hỗn hợp FeS FeS xử lí mẫu khoáng pirit Brom dung dịch KOH d, ngời ta thu đợc kết tủa đỏ nâu A dung dịch B Nung A đến khối lợng không đổi đợc 0,2 gam chất rắn Thêm lợng d dung dịch BaCl2 vào dung dịch B thu đợc 1,1087 g kết tủa trắng không tan axit Viết phơng trình hoá học phản ứng dạng ion xác định công thức tổng quát pirit Bài 20 Pha chÕ dung dÞch gåm: 25 ml dd Fe(NO 3)2 0,1M; 25 ml dd Fe(NO3)3 1M vµ 50 ml dd AgNO3 0,6M thu đợc 100ml dung dịch A Cho vào A mét sè m¶nh vơn Ag BiÕt E Ag V; o + / Ag = 0,8 E o Fe3+ / Fe2+ = 0,77V a) Viết phơng trình phản ứng xảy Fe3+ b) Với giá trị lớn tỉ số dung dịch A Fe 2+ phản ứng đổi chiều Bài 21 Hoà tan 5,94 g hỗn hợp K2Cr2O7 Na2Cr2O7.2H2O vào nớc thành lít dung dịch A Thêm 50 ml dung dịch FeSO 0,102M vào 25 ml dung dịch A, sau cho lợng H2SO4 d vào Để chuẩn độ lợng FeSO4 d cần 16,8 ml dung dịch KMnO nồng độ C mol/l Để xác ®Þnh nång ®é C dung dÞch KMnO ta dïng natri oxalat: 26,4 ml dung dịch KMnO tác dụng vừa đủ với 0,2211(g) natri oxalat môi trờng axit H2SO4 a) Tính % khối lợng Na2Cr2O7 hỗn hợp đầu b) Nếu lấy hỗn hợp để oxi hoá ancol etylic thành andehit thu đợc g andehit? (giả sử hiệu suất phản ứng 100%) Bi 22 Nêu tượng viết phương trình phản ứng thí nghiệm sau: a Sục khí H2S vào dung dịch CuCl2 b Cho dung dịch Na2CO3 vào dung dịch AlCl3 c Cho Fe3O4 vào dung dịch HI, sau cho vào dung dịch sau phản ứng hồ tinh bột d Cho từ từ dung dịch NH3 đến dư vào dung dịch CuSO4 Xác định cơng thức chất viết phương trình phản ứng biểu diễn theo sơ đồ biến hoá sau: Bài 23: Đun nóng hỗn hợp X gồm bột Fe S điều kiện khơng có khơng khí, thu hỗn hợp rắn A Cho A tác dụng với lượng dư dung dịch HCl thu sản phẩm khí Y có tỉ khối so với H2 13 Lấy 2,24 lít (đo điều kiện tiêu chuẩn) khí Y đem đốt cháy cho tồn sản phẩm cháy qua 100 ml dung dịch H2O2 5,1% (có khối lượng riêng 1g/ml), sau phản ứng thu dung dịch B Các phản ứng xảy hoàn toàn a Tính thành phần % khối lượng chất hỗn hợp X b Xác định nồng độ % chất dung dịch B Bài 24: Thêm dần dung dịch NaOH 0,01 M vào dung dịch A chứa H + 0,1M; Fe3+ 102 M; Mg2+ 0,1M NO3- dư a Viết phương trình phản ứng xảy b Kết tủa tạo trước c Tính khoảng pH dung dịch A cho kết tủa hết Fe3+ mà chưa tạo kết tủa Mg(OH)2 Biết Fe3+ coi kết tủa hết nồng độ mol/l Fe3+ dung dịch < 10-6 M Cho: Tích số tan Mg(OH)2: 10-11 ; Fe(OH)3 : 10-38 C KẾT LUẬN I Những việc làm chuyên đề Sau thời gian nghiên cứu đề tài Xây dựng hệ thống câu hỏi tập kim loại nhóm VIIB, VIIIB Đến nay, hoàn thành với nội dung sau đây: Nghiên cứu xây dựng hệ thống dạng tập kim loại chuyển tiếp nhằm bồi dìng HSG ë trêng THPT - Bµi tËp vỊ cÊu tạo nguyên tử - Bài tập tính chất hóa học kim loại nhóm VIIB, VIIIB - Bài tập hợp chất kim loại nhó VIIB, VIIIB - Bài tập phản ứng oxi hóa khử, điện cực, pin điện, điện phân - Bài tập phức chất kim loại nhóm VIIB, VIIIB - Bài tập tổng hợp Nghiên cứu đề xuất sử dụng BT kim lo¹i chun tiÕp d¹y häc båi dìng HSG trờng THPT Trong khuôn khổ chuyên đề, đa dạng tập với tập minh họa từ dễ đến khó Chúng phân tích BT hệ thống BT nêu để thấy đợc ý nghĩa tác dụng Trong dạy học bồi dỡng HSG, tuỳ thuộc vào ®iỊu kiƯn thĨ (HS, GV, hiƯu qu¶ cao Chóng hy vọng, đề tài nghiên cứu có hiƯu qu¶ thiÕt thùc båi dìng HSG HH ë trêng THPT II ý kiÕn ®Ị xt Víi thêi gian lực thân có hạn nên đề tài cần đợc nghiên cứu bổ sung thêm Trên sở nội dung nghiên cứu thu đợc, tiếp tục nghiên cứu nhằm hoàn thiện hƯ thèng BT kim lo¹i chun tiÕp båi dìng HSG trờng THPT Đồng thời, tiếp tục nghiên cứu BT kim loại chuyển tiếp để bồi dỡng HSG nhằm nâng cao chất lợng hiệu bồi dỡng HSG HH trờng THPT, đáp ứng yêu cầu đào tạo bồi dỡng nhân tài thời kỳ công nghiệp hóa, đại hóa đất nớc hoà nhập với cộng đồng quốc tế ngy 15 tháng 08 năm 2019 Người viết chuyên đề ... giải hệ thống tập để học sinh vận dụng sáng tạo - Làm kiểm tra sau học làm tập giao Đánh giá khả em có nhận định chung, từ bổ sung hoàn thiện thêm cho học sinh Trên sở dựa vào tác dụng loại tập. .. sau (yếu hơn) khỏi dung dịch muối trạng thái nóng chảy kim loại mức oxi hoá thấp 2.2.2.2 Hệ thống tập Bài Có hỗn hợp X gồm Fe Zn dung dịch Y dung dịch HCl Lấy 2,98 g hỗn hợp X cho vào 200ml dung... đề tài: Phát triển, xây dựng, lựa chọn sử dụng dạng tập phần kim loại chun tiÕp viƯc båi dìng HSG ho¸ häc THPT B PHẦN NỘI DUNG 2.1 Kh¸i qu¸t chung vỊ kim loại nhóm B Kim loại nhóm B bao gồm nguyên